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量子点敏化太阳能电池研究取得进展文章来源:中科院 发布时间:2016-08-03

   安光所激光技术中心方晓东研究员课题组在量子点敏化太阳能电池(QDSCs)研究方面取得进展,相关研究结果以“A new probe into thin copper sulfide counter electrode with thickness below 100 nm for quantum dot-sensitized solar cells”为题发表在ELECTROCHIMICA ACTA 杂志上(ELECTROCHIMICA ACTA 205 (2016) 45–52)。

  QDSCs 是具有广阔发展前景的第三代太阳能电池,对电极作为QDSCs的重要组成部分,起到促进电荷传输,加速电解质还原的作用。硫化铜(CuS)凭借其较高的电 导率和催化活性,被广泛地应用于QDSCs对电极的研究。目前使用的CuS对电极厚度大多为几百纳米至几微米,厚度低于100纳米的对电极鲜有报道。降低 对电极厚度具有降低成本,提高催化材料与基底的结合力等优点,因此,在催化活性相当的前提下,厚度较薄的对电极更具优势。

   该课题组使用简单的化学浴法制备了一系列厚度低于100 nm的CuS薄膜,研究了不同前驱体溶液浓度对薄膜厚度、表面粗糙度和电阻率的影响。在此基础上,将不同厚度的CuS薄膜作为对电极应用于 CdS/CdSe量子点共敏化的QDSCs,研究了它们对QDSCs的性能的影响规律,结果发现厚度仅为64 nm左右的CuS对电极(CS 2.5)组装的QDSCs获得了3.25%的光电转换效率(如图1 A所示),优于Pt对电极(1.91%)和刮涂法制备的厚度达2.8 μm的CuS对电极(CS-DB,2.15%),这也是目前报道使用如此薄的CuS对电极在QDSCs中的获得的最高效率。电化学阻抗谱(EIS如图1B 所示)、Tafel极化曲线和循环伏安曲线(CV)等电化学测试表明,这种薄CuS对电极具有更高的催化活性和稳定性。

  上述研究工作得到了国家自然科学基金和中科院新型薄膜太阳电池重点实验室的支持。

图1、(A)三种对电极QDSCs的J-V曲线;(B)三种对电极对称结构电池的Nyquist曲线